JP6910558B2 - 線形駆動および回転駆動可能なセンサ装置を備える３軸微小機械回転速度センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小機械回転速度センサ装置および対応する製造方法に関する。

任意の微小機械構成要素を使用することもできるが、自動車のための微小機械回転速度センサ装置に基づいて、本発明および本発明の基礎をなる課題を説明する。

家庭用電化製品の分野では３軸回転速度センサの使用は一般的であるが、自動車用途では、一般に１軸回転速度センサが使用されている。

より複雑な自動車用途では、例えば、自動運転または衛星ベースのナビゲーションのための慣性航法、カメラまたはＬＩＤＡＲに基づいた環境センサによる位置の決定、または２輪車用途においてもロバストな３軸ヨーレートセンサを必要とする。

ドイツ特許出願公開第１０２０１００６２０９５号明細書および国際公開第９６／３９６１５号は、２つのロータ装置を有する２軸回転速度センサ装置を開示しており、これらのロータ装置は逆位相で振動するように駆動可能であり、また第２および第３の軸を軸として非対称に傾斜させることができる。

ドイツ特許出願公開第１０２０１００６１７５５号明細書は、第１のコリオリ要素、第２のコリオリ要素、第３のコリオリ要素、および第４のコリオリ要素を有する回転速度センサを開示しており、第１のコリオリ要素および第４のコリオリ要素は第２の軸に対して平行に同方向に駆動可能であり、第２の軸は主延在平面に対して平行に、第１の軸に対して垂直に延在しており、第１および第２のコリオリ要素は第２の軸に対して平行に同方向に駆動可能であり、第１および第３のコリオリ要素は第２の軸に対して平行に反対方向に駆動可能である。

本発明は、請求項１に記載の微小機械回転速度センサ装置および請求項１５に記載の対応する製造方法を提供する。

好ましい実施形態が、それぞれの従属請求項の対象である。

発明の利点
本発明の基礎をなす思想は、共通の駆動機構を介しての１軸回転速度センサと２軸回転速度センサとの結合である。結果として得られる３軸ヨーレートセンサは、外部の線形加速度および回転加速度に対してロバストであり、特に自動車環境における安全関連用途の要件を満たす。

３つの測定軸全てに共通の駆動機構を有する本発明による微小機械回転速度センサ装置は、３つの個別の回転速度センサに対していくつかの利点を提供する。１つの駆動機構しかないので、センサコアにおいて駆動構造ならびに接続パッドおよび関連する配線を節約することができる。したがって、１つの駆動制御回路のみを設ければよいので、ＡＳＩＣを小型に構築することもできる。例えば駆動力の寄生クロストークによる相互の影響を回避することができるように、異なる回転速度センサの異なる駆動周波数を回避することは、特に有利である。さらに、パッケージングはより簡単になり、個々の回転速度センサが互いに不整合となる可能性は、本発明による回転速度センサ装置の設計によって排除される。

例えば、外力（振動）による（共振）励起またはシステムの機械装置または静電装置における非線形のクロストークにより３軸回転速度センサの誤った信号をもたらす恐れのある干渉モードを回避することができる。これに対して、３つの同一の１軸回転速度センサを使用する場合、全ての回転速度センサは、プロセスに基づいて異なる周波数で同じ干渉モードを有し、これにより、考慮する周波数範囲内の干渉モードの数は３倍になる。したがって、多軸回転速度センサでは、同じ検出構造が１つ以上の測定軸に対して感度を有するように設計することによって、干渉モードをさらに低減することが可能である。

好ましい実施形態によれば、回転駆動可能な第１の回転速度センサ装置は、第１の軸を軸として振動するように駆動可能な第１のロータ装置と、第１軸を軸として第１ロータ装置に対して逆位相で振動するように駆動可能な２のロータ装置とを有する。第１ロータ装置は、第１の外側回転速度によって第２の軸を軸として傾斜可能であり、第２の外側回転速度によって第３の軸（ｘ）を軸として傾斜可能であり、第２ロータ装置は、第１外側回転速度によって第２軸を軸として回転可能であり、第２外側回転速度によって第３軸（ｘ）を軸として、第１ロータ装置に対して逆平行に傾斜可能である。第１の連結装置は、第１のばね装置を有し、このばね装置を介して、第１ロータ装置と第２ロータ装置が連結されており、これにより第２軸を軸とした平行な傾斜が抑制され、第２軸を軸とした逆平行な傾斜が可能となる。さらに、第３軸を軸とした平行な傾斜が抑制され、第３軸を軸とした逆平行な傾斜が可能になるように、第１ロータ装置と第２ロータ装置とを連結する第２の連結装置と、第２軸を軸とした第１および第２のロータ装置の逆平行な傾斜を検出するための第１の検出装置と、第３軸を軸とした第１および第２のロータ装置の逆平行な傾斜を検出するための第２の検出装置を設けている。このような第１の回転速度センサ装置は、ロバストに製造することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、線形に駆動可能な第２の回転速度センサ装置は、第１フレームおよび第２フレームを有するフレーム装置を備え、第２フレームは、第１フレームによって少なくとも部分的に取り囲まれ、第１フレームは、第２軸に沿って振動するように駆動可能であり、第２フレームは、第２軸に沿って第１フレームとは逆位相で振動するように駆動可能であり、第１フレームおよび第２フレームは、第３の外側回転速度によって、第１軸を軸として第３軸に沿って逆位相で振動するように撓み可能である。さらに、第３軸に沿った第１および第２のフレームの同位相の撓みが抑制され、第３軸に沿った第１および第２のフレームの逆位相の撓みが可能になるように、第１フレームと第２フレームとを連結する第３の連結装置と、第３軸に沿った第１および第２のフレームの逆位相の撓みを検出するための第３の検出装置を設けている。このような第２回転速度センサ装置は、第１回転速度センサ装置に適切に連結することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、第１および第２のフレームは、第１軸を軸として第１および第２のロータ装置を逆位相で振動するように駆動するために、第１の連結装置を介して第１および第２のロータ装置に連結される。このようにして、簡単な線形の連結を実現することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、第１および第２のフレームを駆動するための駆動フレーム装置を設けており、第４のばね装置を介して第１フレームおよび第２フレームに結合している。このようにして、駆動領域を検出領域から効果的に分離することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、駆動フレーム装置は、第１軸を軸として第１ロータ装置および第２ロータ装置を逆位相で振動するように駆動するために、第１の連結装置を介して第１ロータ装置および第２ロータ装置に結合している。このようにして、第１回転速度センサ装置も、線形の検出運動から分離される。

さらに好ましい実施形態によれば、駆動フレーム装置は、第１の駆動フレームと、第１のフレームの両側に配置された第２の駆動フレームと、第２フレームを取り囲み、第１フレームの上方を部分的に案内されている第３の駆動フレームとを備え、第１および第２の駆動フレームは、第５のばね装置を介して第３の駆動フレームに結合している。これにより、第１および第２のフレームを対称的にクランプすることができる。

さらに好ましい実施形態によれば、駆動フレーム装置は、第１フレームおよび第２フレームをＵ字形に取り囲む第１の駆動フレームを有し、第１フレームと第２フレームとの間にフォーク状に挿入している第２の駆動フレームを有し、第１および第２の駆動フレームは、第６のばね装置を介して結合されている。これにより、製造工程が簡略化される。

さらなる好ましい実施形態によれば、第１の連結装置は、第１フレームを第１ロータ装置に結合する第１のウェブと第２のばね装置とを備え、第１の連結装置は、第２のウェブと第３のばね装置とを備える。このようにして、効果的な線形の連結を達成することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、第１連結装置は、第１のばね装置に結合された第３のウェブと第４のウェブとを有する。このようにして、非対称的な挙動に関して効果的な連結を達成することができる。

さらに好ましい実施形態によれば、第２の連結装置は、第７のばね装置を介して第１および第２のロータ装置に結合された第１のロッカーと、第８のばね装置を介して第１および第２のロータ装置に結合された第２のロッカーとを有する。このことは、ロータ装置間の結合をさらに改善する。

さらに好ましい実施形態によれば、第３の連結装置は、複数のばねを有する第９のばね装置を有する。このようなばねは、製造が容易であり、必要とされる特性に良好に適合させることができる。

さらに好ましい発展形態によれば、第１の検出装置および第２の検出装置は、第１および第２のロータ装置の下方に配置されたそれぞれの複数の容量性プレート電極を備える。これにより、ロータ装置の傾斜を確実に検出することができる。

さらに好ましい構成によれば、第３の検出装置は、第１および第２のフレーム内に配置された複数の容量性櫛歯電極を備える。このような駆動装置は、特に信頼性があり、ロバストである。

本発明のさらなる特徴および利点を、以下に、図面を参照して実施形態に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図である。 本発明の第２の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図である。 図３のａ〜ｃは、本発明による微小機械回転速度センサ装置のためのばね連結装置を説明するための概略的な平面図である。 図４のａ〜ｃは、本発明による微小機械回転速度センサ装置のためのさらなるばね連結装置を説明するための概略的な平面図である。 図５のａ〜ｃは、本発明による微小機械回転速度センサ装置のための様々なばね懸吊装置を説明するための概略的な平面図である。 本発明の第３の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図を示す。 本発明の第４の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図である。

図面において、同じ参照符号は、同じもしくは機能的に同じ要素を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図である。

図１において、参照番号１００は、第１の回転速度センサ装置を示し、これは、第２の軸（ｙ軸）を軸とした第１の外側回転の速度および第３の軸（ｘ軸）を軸とした第２の外側回転の速度を検出するために、第１の軸（ｚ軸）を軸として振動するように駆動可能である。第１、第２および第３の軸（ｚ、ｙ、ｘ）は、互いに直角に配置されている。

回転駆動可能なこの第１の回転速度センサ装置１００は、第１軸（ｚ軸）を軸として振動するように駆動可能な第１のロータ装置１ａと、第１ロータ装置１ａと逆位相で第１軸（ｚ軸）を軸として振動するように駆動可能な第２のロータ装置１ｂとを有する。

この第１の実施形態では、第１ロータ装置１ａおよび第２ロータ装置１ｂはディスク形状に構成しており、付属の第１および第２の懸吊装置Ａ１ａ、Ａ１ｂは、それぞれの中央凹部に配置し、固定している。

第１ロータ装置１ａは、第１外側回転速度によって第２軸（ｙ軸）を軸として傾斜可能であり、および第２外側回転速度によって第３軸（ｘ軸）を軸として傾斜可能である。第２ロータ装置１ｂは、第１外側回転速度によって第２軸（ｙ軸）を軸として傾斜可能であり、第２外側回転速度によって第３軸（ｘ軸）を軸として、第１ロータ装置１ａに対して逆平行に傾斜可能である。

第１および第２のロータ装置１ａ、１ｂは、第２軸（ｙ軸）を軸とした平行な傾斜が抑制され、第２軸（ｙ軸）を軸とした逆平行の傾斜が可能になるように、異方性ばね定数に基づいて、第１のばね装置Ｆ１２を介して連結している。

さらに、ばね装置Ｆ１２は、第１回転速度センサ装置１００を第２の回転速度センサ装置２００（以下に詳細に説明する）に結合する第１の連結装置の構成要素である。

さらに、第１ロータ装置１ａおよび第２ロータ装置１ｂを連結する第２連結装置Ｋ１、Ｋ２を設けており、これにより同様に第２連結装置Ｋ１、Ｋ２の異方性ばね定数に基づいて、第３軸（ｘ軸）を軸とした平行な傾斜を抑制し、第３軸（ｘ軸）を軸とした逆平行の傾斜を可能にする。

第２連結装置Ｋ１、Ｋ２は、第１のロッカー３ａを有する第１の部分Ｋ１を有し、第１ロッカー３ａは、両側で、それぞれのばね装置Ｆ１、Ｆ２を介して第１および第２のロータ装置１ａ、１ｂに結合している。第１ロッカー３ａは、基板（図示せず）に固定された第１の弾性サスペンションＡ１を有する。

さらに、第２連結装置Ｋ１、Ｋ２は、第２の部分Ｋ２を有しており、それぞれのばね装置Ｆ３，Ｆ４を介して第１および第２のロータ装置１ａに結合された第２のロッカー３ｂを含む。第２ロッカー３ｂは、基板（図示しない）に固定された第２の弾性サスペンションＡ２を有する。

第１の検出装置ＣＰＹ、ＣＮＹ、ＣＰＹ′、ＣＮＹ′は、第２軸（ｙ軸）を軸とした第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂの逆平行な傾斜を検出する役割を果たす。第２の検出装置ＣＰＸ、ＣＮＸ、ＣＰＸ′、ＣＮＸ′は、第３軸（ｘ軸）を軸とした第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂの逆平行な傾斜を検出する役割を果たす。

第１検出装置ＣＰＹ、ＣＮＹ、ＣＰＹ′、ＣＮＹ′および第２検出装置ＣＰＸ、ＣＮＸ、ＣＰＸ′、ＣＮＸ′は、例えば、図１にそれぞれの円で概略的に示しているように、第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂの下方に配置したそれぞれ複数の容量性プレート電極を有する。

参照番号２００は、第１軸（ｚ軸）を軸とした第３の外側回転の速度を検出するために、第２軸（ｙ軸）に沿って線形に振動するように駆動可能な第２の回転速度センサ装置を示し、この第２回転速度センサ装置は、第１軸（ｚ軸）を軸として第１回転速度センサ装置１００を振動するように駆動するために第１回転速度センサ装置１００に第１の連結装置Ｓ１、Ｆ５、Ｓ２、Ｆ６、ＳＡ、ＳＢ、Ｆ１２を介して結合しており、上述したように、ばね装置Ｆ１２は同時に、第１ロータ装置１ａと第２ロータ装置１ｂとの間の連結装置を形成している。

上述の線形に駆動可能な第２回転速度センサ装置２００は、第１フレームＲ１および第２フレームＲ２を有するフレーム装置Ｒ１、Ｒ２を有し、第２フレームＲ２は、第１フレームＲ１によって完全に取り囲まれているか、もしくは第１フレームＲ１の凹部内に位置している。

参照符号ＡＴによって概略的にのみ示す駆動装置によって、第１フレームＲ１は、第２軸（ｙ軸）に沿って振動するように駆動可能であり、第２フレームＲ２は、第２軸（ｙ軸）に沿って第１フレームＲ１とは逆位相で振動するように駆動可能である。符号ＡＢを付した矢印は、第１フレームＲ１および第２フレームＲ２のそれぞれの駆動運動を示す。この駆動装置ＡＴは、例えば、それ自体公知の櫛歯電極駆動装置である。

第１フレームＲ１および第２フレームＲ２は、第１軸（ｚ軸）を軸とした第３外側回転速度によって、第３軸（ｘ軸）に沿って逆位相で変更可能であり、このことは、検出運動として参照符号ＤＢを有する矢印によって示している。

第１フレームＲ１および第２フレームＲ２は、第３軸（ｘ軸）に沿った第１および第２フレームＲ１、Ｒ２の同位相の撓みが抑制され、第３軸（ｘ軸）に沿った第１および第２フレームＲ１、Ｒ２の逆位相の撓みが可能になるように、第３連結装置を介してばね４ａ、４ｂに結合している。これらの特別なばね４ａ、４ｂ（以下により詳細に説明する）は同様に異方性ばね定数を有する。

既に上述したように、第１および第２フレームＲ１、Ｒ２は、第１連結装置Ｓ１、Ｆ５、Ｓ２、Ｆ６、ＳＡ、ＳＢ、Ｆ１２を介して第１軸（ｚ軸）を軸として第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂを振動するように駆動するため第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂに結合しており、ばね装置Ｆ１２は、同様に好ましくは、第２軸（ｙ軸）を軸として第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂを逆平行に傾斜させることを可能にする。したがって、駆動装置ＡＴは、第１および第２回転速度センサ装置１００、２００のための共通の駆動装置としての役割を果たす。

この第１連結装置は、特に、第１フレームＲ１を第１ロータ装置１ａに結合する第１のウェブＳ１およびさらなるばね装置Ｆ５と、第１フレームＲ１を第２ロータ装置１ｂに結合する第２のウェブＳ２および第３のばね装置Ｆ６とを有する。この例では、第１および第２ウェブＳ１、Ｓ２は、第１フレームＲ１の短い側に直接に取り付けている。

さらに、この第１連結装置は、ばね装置Ｆ１２を介して第２フレームＲ２を第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂに結合する第３のウェブＳＡおよび第４のウェブＳＢを有している。

第２フレームＲ２は第１フレームＲ１によって完全に取り囲まれているので、２つのウェブＳＡ、ＳＢは、少なくとも参照番号５によって示す領域において、第１フレームＲ１および第２ロッカー３ｂよりも深い平面に延在している必要がある。このことは、例えば、対応するエッチングされた凹部によって実現することができる。

最後に、第３の検出装置ＥＫ１、ＥＫ２、ＥＫ３は、第３軸（ｘ軸）に沿った第１および第２フレームＲ１、Ｒ２の逆位相の撓みを検出するために、第２回転速度センサ装置２００に設けている（検出運動ＤＢ）。

この実施形態では、第３検出装置ＥＫ１、ＥＫ２、ＥＫ３は、第１の複数の容量性櫛歯電極ＥＫ１と、第２の複数の容量性櫛歯電極ＥＫ２と、第３の複数の容量性櫛歯電極ＥＫ３とを有する。

第１の複数の容量性櫛形電極ＥＫ１および第２の複数の容量性櫛形電極ＥＫ２は、第１フレームＲ１の対応する凹部領域に、第１フレームＲ１の向かい合った縁部に配置され、第３の複数の容量性櫛形電極ＥＫ３は第２フレームＲ２の凹部内に配置されている。簡略化して示しているので、基板（図示しない）に固定されたそれぞれの容量性の対電極は、図示していない。

第１フレームＲ１および第２フレームＲ２の質量は、便宜上、等しい大きさであり、幾何学配置は、共通の重心に基づいて、第２軸（ｙ軸）および第３軸（ｘ軸）に対して軸対称である。このような設計では、微小機械回転速度センサ装置は、外側の線形加速度および回転加速度に対して極めてロバストである。すなわち、線形加速度または回転加速度は検出信号を供給しない。

図２は、本発明の第２の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図を示す。

第２の実施形態では、第１回転速度センサ装置１００は、上述した第１実施形態と同様に構成しているが、第２回転速度センサ装置２０１は、既に説明した第１実施形態の回転速度センサ装置２００とは異なっている。

線形に駆動可能な第２回転速度センサ装置２０１は、同様に、上述の第１フレームＲ１および第２フレームＲ２に類似して構成した第１フレームＲ１′および第２フレームＲ２′を有している。

第１実施形態とは対照的に、第３の連結装置４ａ′〜４ｄ′が第１フレームＲ１′および第のフレームＲ２′を介して連結されており、これらは、４つの異方性ばね４ａ′、４ｂ′、４ｃ′、４ｄ′を有していて、すでに述べたように、好ましくは、第１フレームＲ１′および第２フレームＲ２′の非対称的な撓みを可能にする。

第１実施形態に加えて、第２実施形態では第１フレームＲ１′および第２フレームＲ２′を逆位相で線形に駆動するための駆動フレーム装置ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３を設けており、これら駆動フレーム装置は、ばね要素Ｆ１１〜Ｆ１８を有する第４のばね装置を介して第１フレームＲ１′５および第２フレームＲ２′に結合している。

駆動フレーム装置ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３は、駆動運動ＡＢの方向にのみ移動可能であり、第１フレームＲ′および第２フレームＲ２′は、駆動運動ＡＢの方向および検出運動ＤＢの方向の両方に移動可能である。駆動フレーム装置ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３のための駆動装置ＡＴ′は、参照符号ＡＴで概略的にのみ示しており、上述のように、例えば静電式の駆動櫛歯によって実現することができる。

特に、駆動フレーム装置ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３は、第１、第２、第３の駆動フレームＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３を有する。第１駆動フレームＲＡ１および第３駆動フレームＲＡ３は、第１フレームＲ′の狭幅側にＵ字形に配置している。第３駆動フレームＲＡ３は、第２フレームＲ２′を取り囲み、５ａで示す領域において部分的に第１フレームＲ′の上方を案内されている。第１駆動フレームＲＡ１および第３駆動フレームＲＡ３は、異方性ばね６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを有する第５のばね装置６ａ〜６ｄを介して第２駆動フレームＲＡ２に結合している。

上述した第１実施形態とは対照的に、第２の実施形態では、駆動フレーム装置ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３は、第１軸（ｚ軸）を軸として第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂを逆位相で振動するように駆動するために、第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂに連結装置Ｓ１、Ｆ５、Ｓ２、Ｆ６、ＳＡ、ＳＢ、Ｆ１２を介して結合している。

この場合、ウェブＳ２、Ｓ１は第１もしくは第３の駆動フレームＲＡ３もしくはＲＡ３に結合しており、ウェブＳＡ、ＳＢは第２駆動フレームＲＡ２に結合している。

図３ａ）〜図３ｃ）は、本発明による微小機械回転速度センサ装置のためのばね連結装置を説明するための概略的な平面図である。

特に、図３ａ）〜図３ｃ）は、図２による第３連結装置の異方性ばね４ａ′〜４ｄ′の拡大図を示す。

ばね４ａ′〜４ｄ′は、第１、第２および第３の弾性的な肉薄のウェブＢ１、Ｂ２、Ｂ３とより広幅で堅固な結合ウェブＳＧとを有する。第１ウェブＢ１は第１フレームＲ′に結合し、第３ウェブＢ３は第２フレームＲ２′に結合している。第２ウェブＢ２は、基板（図示しない）に固定されている。図３ａ）は、撓んでいない状態を示し、図３ｂ）は、駆動運動ＡＢにより撓んだ状態を示し、図３ｃ）は、検出運動ＤＢにより撓んだ状態を示す。

図４ａ）〜図４ｃ）は、本発明による微小機械回転速度センサ装置のためのさらなるばね連結装置を説明するための概略的な平面図である。

特に、異方性ばね４０は、堅固で広幅なフレームＲを有し、これに、第１の弾性的な肉薄のウェブＢ１′、第２の弾性的な肉薄のウェブＢ２′および第３の弾性的な肉薄のウェブＢ３′が連結している。第１弾性ウェブＢ１′は第１フレームＲ′に結合しており、第２弾性ウェブＢ２′は、基板（図示しない）およびフレームＲの内部に接続しており、第３弾性ウェブＢ３′は、第２フレームＲ２′に結合している。図３ｂ）、ｃ）に類似して、図４ｂ）、ｃ）は、駆動運動ＡＢもしくは検出運動ＤＢにより撓んだ状態を示す。

図５ａ）〜図５ｃ）は、本発明による微小機械回転速度センサ装置のための異なるばね懸吊装置を説明するための概略的な平面図である。

図５ａ）〜図５ｃ）は、特に、第１および第２ロータ装置１ａ、１ｂの第１および第２懸吊装置Ａ１ａ、Ａ１ｂの３つの異なる構成Ａ′、Ａ″およびＡ″′を示す図である。

第１の構成は、第１の折り畳まれたばねＬ１を有し、これは、第１軸（ｚ軸）を軸として回転することができ、そして第２軸（ｙ軸）および第３軸（ｘ軸）を軸として傾斜することができる。

第２の構成は、異なる折り畳まれたばねＬ２を有し、これは、上記と同じ機械的特性を有する。

第３の構成Ａ１″′は、弾性ばねＬ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃの組みを有し、これらは、湾曲した堅固なアーチ要素ＲＫ１、ＲＫ２を介して互いに結合されている。この第３の構成Ａ１″′も、第１軸（ｚ軸）を軸として回転し、第２軸（ｙ軸）および第３軸（ｘ軸）を軸として傾斜することができる。

これら懸吊装置Ａ′、Ａ″、Ａ″′は、基板（図示せず）の中央に固定している。

図６は、本発明の第３の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図である。

第３実施形態では、第２実施形態と同様に、第２回転速度センサ装置２０２のみが、既に説明した第２回転速度センサ装置２００、２０１と異なる。

第１回転速度センサ装置１００は、第１および第２の実施形態と同様に構成している。

特に、第３実施形態による第２回転速度センサ装置２０２は、第３の連結装置４ａ″、４ｂ″（図３ａ）〜図３ｃ）参照）を介して互いに結合された第１フレームＲ１″および第２フレームＲ２″を有する。

第１フレームＲ１″はＵ字形に構成しており、第２フレームＲ２″は、第３の連結装置のばね４ａ″、４ｂ″を介してＵ字形の凹部で第３連結装置に懸吊している。フレームＲ１″、Ｒ２″は、駆動運動ＡＢの方向および検出運動ＤＢの方向の両方に移動することができる。

駆動フレーム装置ＲＡ１″、ＲＡ２″を設けており、これは、第１の駆動フレームＲＡ１″を有し、これは、第１フレームＲ１″と第２フレームＲ２″とをＵ字形に取り囲んでいる。さらに、第２の駆動フレームＲＡ２″を設けており、これは、第１フレームＲ１″と第２フレームＲ２″との間にフォーク状に挿入され、そして第１および第２の駆動フレームＲＡ１″、ＲＡ２″は、異方性ばねＦ２０、Ｆ２１を介して互いに結合している。

第１駆動フレームＲＡ１″は、異方性ばねＦ２４、Ｆ２５、Ｆ２６、Ｆ２７を介して基板（図示しない）にさらに結合している。第２駆動フレームＲＡ２″は、ばねＦ２２、Ｆ２３を介して基板（図示しない）にさらに結合している。第１駆動フレームＲＡ１″および第２駆動フレームＲＡ２″のための駆動装置ＡＴ″は、分かりやすくするために概略的にのみ示している。

第１駆動フレームＲＡ１″は、ばねＦ２８、Ｆ２９、Ｆ３０、Ｆ３１を介して第１フレームＲ１″に結合しており、第２駆動フレームＲＡ２″は、ばねＦ３２、Ｆ３３、Ｆ３４、Ｆ３５を介して第２フレームＲ２″に結合している。

この実施形態では、ウェブＳ１、Ｓ２は第１駆動フレームＲＡ１″に結合しており、ウェブＳＡ、ＳＢは第２駆動フレームＲＡ２″に結合している。

この第３実施形態では、第１フレームＲ１″および第１駆動フレームＲＡ１″はＵ字形であり、したがって、ウェブＳＡ、ＳＢのためにアンダーパス領域（上記の領域５を参照）を設ける必要がなく、これにより、製造が簡略化される。

アンダーパス領域５は、ウェブＳＡ、ＳＢと第２ロッカー３ｂとの間にのみ設ければよい。

その他の点では、第３実施形態の機能および構造は、上述の第１および第２の実施形態と同様である。

図７は、本発明の第４の実施形態による微小機械回転速度センサ装置を説明するための概略的な平面図を示す。

この第４実施形態では、サスペンションＡ２およびばねＦ３、Ｆ４を有する第２ロッカー３ｂが省略されており、したがってこの領域においても、アンダーパス領域５を省略することができる。

この第４実施形態の利点は、アンダーパスもしくは交差が不可欠ではなく、したがって機械的な層を省略することができることである。

しかしながら、第４実施形態では、回転加速度のロバスト性が低下する。それにもかかわらず、質量と共通の重心との間隔が低減しているので、回転加速度に対する感度は、互いにかみ合う部分振動子の場合の方が互いに隣接する部分振動子よりも小さい。

好ましい例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、これらに限定されない。特に、言及した材料およびトポロジーは、例示にすぎず、説明した例に限定されない。

図示しないさらなる実施形態では、回転質量体に固定され結合された第１のロッカーを、同様に省略することもできるし、あるいはロータ装置間の連結ばね装置を省略することもできる。

上記の実施形態に示した第１および第２の回転速度センサ装置の幾何学的形状および対称性は、例示にすぎず、必要に応じて変更することができる。

Claims (12)

1. 微小機械回転速度センサ装置であって、
   第１の軸（ｚ）を軸として振動するように駆動可能であり、第２の軸（ｙ）を軸とした第１の外側回転速度および第３の軸（ｘ）を軸とした第２の外側回転速度を検出するための第１の回転速度センサ装置（１００）であって、第１、第２および第３の軸（ｚ、ｙ、ｘ）が互いに直角に配置されている、第１の回転速度センサ装置（１００）と、
   第２の軸（ｙ）に沿って線形に振動するように駆動装置（ＡＴ；ＡＴ′；ＡＴ″）によって駆動可能であり、第１軸（ｚ）を軸とした第３の外側回転速度を検出するための第２の回転速度センサ装置（２００；２０１；２０２）と、
   を備え、
   該第２回転速度センサ装置（２００；２０１；２０２）が、駆動装置（２００；２０１；２０２）によって第１回転速度センサ装置（１００）を駆動するために、第１の連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）を介して第１回転速度センサ装置（１００）に結合された、
   微小機械回転速度センサ装置において、
   回転駆動可能な前記第１回転速度センサ装置（１００）が、
   第１軸（ｚ）を軸として振動するように駆動可能な第１のロータ装置（１ａ）と、
   第１軸（ｚ）を軸として第１ロータ装置（１ａ）に対して逆位相で振動するように駆動可能な２のロータ装置（１ｂ）とを備え、
   第１ロータ装置（１ａ）が、第１外側回転速度によって前記第２軸（ｙ）を軸として傾斜可能であり、第２外側回転速度によって前記第３軸（ｘ）を軸として傾斜可能であり、第２ロータ装置（１ｂ）が、第１外側回転速度によって前記第２軸（ｙ）を軸として傾斜可能であり、第２外側回転速度によって前記第３軸（ｘ）を軸として、第１ロータ装置（１ａ）に対して逆平行に傾斜可能であり、
   第１の連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）が、第１ロータ装置（１ａ）と第２ロータ装置（１ｂ）とを連結する第１のばね装置（Ｆ１２）を備え、これにより第２軸（ｙ）を軸とした平行な傾斜が抑制され、第２軸（ｙ）を軸とした逆平行な傾斜が可能になるようにし、
   第３軸（ｘ）を軸とした平行な傾斜が抑制され、第３軸（ｘ）を軸とした逆平行な傾斜が可能になるように、第１ロータ装置（１ａ）と第２ロータ装置（１ｂ）とを連結する第２の連結装置（Ｋ１、Ｋ２）と、
   第２軸（ｙ）を軸とした第１および第２のロータ装置（１ａ；１ｂ）の逆平行な傾斜を検出するための第１の検出装置（ＣＰＸ、ＣＮＸ；ＣＰＸ′、ＣＮＸ′）と、
   第３軸（ｘ）を軸とした第１および第２のロータ装置（１ａ；１ｂ）の逆平行な傾斜を検出するための第２の検出装置（ＣＰＸ、ＣＮＸ；ＣＰＸ′、ＣＮＸ′）と、
   を備え、
   線形に駆動可能な第２回転速度センサ装置（２００；２０１；２０２）が、
   第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）および第２フレーム（Ｒ２；Ｒ２′、Ｒ２″）を有するフレーム装置（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）を備え、
   第２フレーム（Ｒ２；Ｒ２′；Ｒ２″）が、第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
   第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）が、前記第２軸（ｙ）に沿って振動するように駆動可能であり、第２フレーム（Ｒ２；Ｒ２′；Ｒ２″）が、第２軸（ｙ）に沿って第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）とは逆位相で振動するように駆動可能であり、
   第１フレームおよび第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）が、第３外側回転速度によって前記第１軸（ｚ）を軸として前記第３軸（ｘ）に沿って逆位相で振動するように撓み可能であり、
   第３軸（ｘ）に沿った第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）の同位相の撓みが抑制され、第３軸（ｘ）に沿った第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）の逆位相の撓みが可能になるように、第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）と第２フレーム（Ｒ２；Ｒ２′；Ｒ２″）とを連結する第３の連結装置（４ａ、４ｂ；４ａ′〜４ｄ′、４ａ″、４ｂ″）と、
   第３軸（ｘ）に沿った第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）の逆位相の撓みを検出するための第３の検出装置（ＥＫ１，ＥＫ２，ＥＫ３）とを備えた、
   微小機械回転速度センサ装置。
2. 請求項１に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２）が、前記第１軸（ｚ）を軸として前記第１および第２のロータ装置（１ａ；１ｂ）を逆位相で振動するように駆動するために、第１連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）を介して第１および第２のロータ装置（１ａ；１ｂ）に連結された、微小機械回転速度センサ装置。
3. 請求項１に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）を駆動するための駆動フレーム装置（ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３；ＲＡ１″、ＲＡ２″）が設けられ、第４のばね装置（Ｆ１１〜Ｆ１８；Ｆ２８〜Ｆ３５）を介して第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）および第２フレーム（Ｒ２；Ｒ２′；Ｒ２″）に結合された、微小機械回転速度センサ装置。
4. 請求項３に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記駆動フレーム装置（ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３；ＲＡ１″、ＲＡ２″）が、前記第１軸（ｚ）を軸として前記第１ロータ装置および第２ロータ装置（１ａ；１ｂ）を逆位相で振動するように駆動するために、第１連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）を介して第１ロータ装置および第２ロータ装置（１ａ；１ｂ）に結合された、微小機械回転速度センサ装置。
5. 請求項３または４に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記駆動フレーム装置（ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３；ＲＡ１″、ＲＡ２″）が、第１の駆動フレーム（ＲＡ１）と、前記第１フレーム（Ｒ１′）の向かい合った側に配置された第２の駆動フレーム（ＲＡ２）と、前記第２フレーム（Ｒ２′）を取り囲み、第１フレーム（Ｒ１′）の上方を部分的に案内されている前記第３駆動フレーム（ＲＡ３）とを備え、第１および第２駆動フレーム（ＲＡ１、ＲＡ２）が、第５のばね装置（６ａ〜６ｄ）を介して第３駆動フレーム（ＲＡ３）に結合された、微小機械回転速度センサ装置。
6. 請求項３または４に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記駆動フレーム装置（ＲＡ１″、ＲＡ２″）が、前記第１フレーム（Ｒ１″）および前記第２フレーム（Ｒ２″）をＵ字状に取り囲む第１の駆動フレーム（ＲＡ１″）を備え、第１フレーム（Ｒ１″）と第２フレーム（ＲＡ１″）との間にフォーク状に挿入されている第２の駆動フレーム（ＲＡ２″）を備え、第１および第２の駆動フレーム（ＲＡ１″、ＲＡ２″）が、第６のばね装置（Ｆ２０、Ｆ２１）を介して結合された、微小機械回転速度センサ装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記第１連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）が、第１フレーム（Ｒ１；Ｒ１′；Ｒ１″）を第１ロータ装置（１ａ）に結合する第１のウェブ（Ｓ１）と第２のばね装置（Ｆ５）とを備え、第１連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）が、第２のウェブ（Ｓ２）と第３のばね装置（Ｆ６）とを備えた、微小機械回転速度センサ装置。
8. 請求項７に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   前記第１連結装置（Ｓ１，Ｆ５；Ｓ２，Ｆ６；ＳＡ，ＳＢ，Ｆ１２）が、第１ばね装置（Ｆ１２）に結合された第３のウェブ（ＳＡ）と第４のウェブ（ＳＢ）とを有する、微小機械回転速度センサ装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
   第２の連結装置（Ｋ１，Ｋ２）が、第７のばね装置（Ｆ１，Ｆ２）を介して前記第１および第２のロータ装置（１ａ、１ｂ）に結合された第１のロッカー（３ａ）と、第８のばね装置（Ｆ３、Ｆ４）を介して第１および第２のロータ装置（１ａ、１ｂ）に結合された第２のロッカー（３ｂ）とを備えた、微小機械回転速度センサ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
    第３の連結装置（４ａ、４ｂ；４ａ′〜４ｄ′；４ａ″、４ｂ″）が、複数のばねを有する第９のばね装置（４ａ、４ｂ；４ａ′〜４ｄ′；４ａ″、４ｂ″）を備えた、微小機械回転速度センサ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
    第１の検出装置（ＣＰＹ、ＣＮＹ；ＣＰＹ′、ＣＮＹ′）および第２の検出装置（ＣＰＸ、ＣＮＸ；ＣＰＸ′、ＣＮＸ′）が、前記第１および第２のロータ装置（１ａ、１ｂ）の下方に配置されたそれぞれの複数の容量性プレート電極を備えた、微小機械回転速度センサ装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の微小機械回転速度センサ装置において、
    第３の検出装置（ＥＫ１、ＥＫ２、ＥＫ３）が、前記第１および第２のフレーム（Ｒ１、Ｒ２；Ｒ１′、Ｒ２′；Ｒ１″、Ｒ２″）内に配置された複数の容量性櫛歯電極を備え
    た、微小機械回転速度センサ装置。

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